Алексеев С. И. Концепции современного естествознания Москва 2003 (стр. 3 из 13)

I-ое уравнение Максвелла является обобщением закона электро-

магнитной индукции Фарадея:

ò Ed l

= - dF

dt .

Это уравнение показывает, что переменное магнитное поле неиз-

бежно порождает вихревое индуктированное электрическое поле.

II- ое уравнение Максвелла является обобщением закона полно-

го тока :

ò Hd l = å I .

L k

Это уравнение показывает, что циркуляция вектора напряженно- сти магнитного поля по произвольному замкнутому контуру L равно ал- гебраической сумме макротоков и тока смещения сквозь поверхность, натянутую на этот контур.

III- ье уравнение Максвелла является обобщением теоремы Ост-

роградского- Гаусса для электрического поля:

ò Dd S

= å q k .

Это уравнение показывает, что поток электрического смещения электростатического поля сквозь любую замкнутую поверхность равен сумме свободных зарядов, охватываемых этой поверхностью.

Заряды могут быть свободными и связанными. Cвязанными назы-

ваются заряды, входящие в состав атомов и молекул, заряды ионов в кристаллических диэлектриках. Свободными зарядами являются заряды

носителей тока в проводящих средах ( электроны проводимости, дырки,

ионы ) или избыточные заряды, сообщенные телу извне и нарушающие его электронейтральность ( например, статическое электричество ).

IV- ое уравнение Максвелла является обобщением теоремы Ост-

роградского- Гаусса для магнитного поля:

ò BdS = 0 .

Это уравнение показывает, что поток ветора магнитной индукции через любую замкнутую поверхность S равен нулю.

Теория Максвелла позволила создать единую связанную электро- магнитную картину мира. Электрические и магнитные свойства среды в теории характеризуются тремя величинами: относительной диэлектри- чес-кой проницаемостью, относительной магнитной проницаемостью, удель-ной электрической проводимостью, которые предполагаются из- вестными из опыта.

Теория Максвелла- макроскопическая, т.е. в ней изучаются элек-

тромагнитные поля таких систем покоящихся и движущихся электриче- ских зарядов, пространственная протяженность которых на много по- рядков больше размеров атомов и молекул ( так называемые макроско- пические поля ).

Макроскопические заряды и токи являются совокупностями микро- скопических зарядов и токов, создающих свои электрические и магнит- ные микрополя, непрерывно изменяющиеся в каждой точке пространст-

ва с течением времени. Макроскопические поля, рассматриваемые в теории Максвелла, являются усредненными микрополями. Усреднение микрополей производится по интервалам времени, значительно боль-

шим, чем периоды внутриатомных процессов, и по объемам полей, во много раз превосходящим объемы атомов и молекул. Электрические и магнитные взаимодействия, осуществляемые посредством электромаг-

нитного поля, распространяются с конечной скоростью, равной скорости света в данной среде ( принцип близкодействия ).

И, наконец, сравнивая вещество и поле, следует отметить их прин- ципиальные отличия: вещество дискретно, имеет конечное число степе- ней свободы; поле же непрерывно, число его степеней свободы беско- нечно.

Ключевые термины

-	Степень свободы		-		Дискретность
-	Непрерывность		-		Поле
-	Cвободный заряд	-		Связанный заряд

- Микрополе - Макрополе

-	Близкодействие	-	Магнитный поток
-	Напряженность поля	-	Магнитная индукция
-	Макроток	-	Ток смещения
-	Циркуляция вектора	-	Диэлектрическая

проницаемость среды

- Проводимость - Магнитная проницаемость среды

6. Революция в естествознании XIX-XXв.в.

Революционными считаются открытия, связанные со строением вещества и его взаимосвяхзи с энергией.

Планетарная модель атома, построенная английским ученым Э.Резерфордом и усовершенствованная датским физиком Н.Бором раз- рушила миф о неделимости атома. Было введено понятие кванта энер-

гии, излучаемой или поглощаемой электронами при переходе с одной орбиты на другую.

Явление квантово- волнового дуализма, открытое французским

ученым Луи де Бройлем в 1924 году, согласно которому каждой матери-

альной частице независимо от ее природы следует поставить в соответ-

ствие волну, длина которой l = h p . Согласно принципу де Бройля вещество и поле заимосвязаны: в определенных условиях вещество проявляет волновые свойства, а частицы поля- свойства корпускул.

Н.Бор в 1927 году сформулировал принцип дополнительности,

согласно которому при рассмотрении корпускулярных явлений кванто-

вая теория должна быть дополнена волновой и наоборот.

Н.Бор является также основоположником принципа соответст-

вия: выводы и результаты квантовой механики при больших квантовых числах должны соответствовать классическим результатам. Обобщая

этот принцип следует признать, что между любой новой теорией и предшествующей ей теорией существует закономерная связь: в опреде-

ленных предельных случаях новая теория должна переходить в старую. Например, формулы кинематики и динамики специальной теории отно- сительности переходят в формулы механики Ньютона при условии

v c ® 0 . Геометрическая оптика является предельным случаем вол-

новой оптики, если можно пренебречь величиной длины волны ( l ® 0

Квантовая механика, объясняющая процессы, происходящие в мире элементарных частиц ( микромире ) была создана в 1925-1927г.г. В ос-

нове квантовой механики лежит принцип неопределенностей, сформу-

лированный немецким физиком В.Гейзенбергом:

Dx × Dp ³ h .

Согласно этому принципу невозможно достоверно определить и координату и импульс микрочастицы. Произведение их неточностей не может быть меньше постоянной Планка. Из принципа также следует, что вполне возможно провести эксперимент, с помощью которого мож-

но с большой точность определить положение микрочастицы, но при этом ее импульс будет определен неточно, либо наоборот.

В квантовой механике любое состояние системы описывается с по-

мощью «волновой функции», которая определяет параметры состояния

не достоверно (не абсолютно точно), а с некоторой степенью вероятно-

сти. Причина неопределенности заключается в самой природе явления и

не может быть уменьшена за счет совершенствования средств измере-

ния.

Согласно квантовой механике любые измерения, на основе которых делаются различного рода прогнозы, являются недостоверными ( то есть определяются с некоторой погрешностью ), поэтому абсолютно точное предсказание осуществить невозможно. После возникновения квантовой механики стали говорить о господстве случайного в мире и отсутствии в нем детерминизма.

Ключевые термины

- Квант - Квантово- волновой дуализм

-	Волновая функция	-	Принцип неопределенности
-	Принцип дополнительности	-	Принцип соответствия

- Квантовые числа - Концепция случайности

7. Концепция относительности пространства и времени.

В классической механике справедлив механический принцип отно- сительности Галилея: законы механики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. Это значит, что в разных инерциальных системах отсчета все механические процессы при одних и тех же условиях проте- кают одинаково. Следовательно, с помощью любых механических экс- периментов, проведенных в замкнутой системе тел, нельзя установить покоится эта система или движется равномерно и прямолинейно относи- тельно какой- либо инерциальной системы отсчета. Поэтому механиче- ский принцип относительности свидетельствует о равноправности всех инерциальных систем и отсутствии какой-то особой инерциальной сис- темы, относительно которой можно было бы рассматривать механиче- ское движение как «абсолютное движение». Во всех подобных системах движения являются ковариантными и выражаются одной и той же мате- матической формулой. Пространство и время в классической механике обособлены от движения материальных тел.